（一周用）2015综合实验指导书

实验二 换热器换热性能实验

一、实验目的

1．测试换热器的换热能力；

2．了解传热驱动力的概念以及它对传热速率的影响。 二、实验装置

过程设备与控制多功能实验台 三、基本原理

换热器工作时，冷、热流体分别处在换热管的两侧，热流体把热量通过管壁传给冷流体，形成热交换。当若换热器没有保温，存在热损失，则热流体放出的热量大于冷流体获得的热量。

热流体放出的热量为：

Qt?mtcpt(T1?T2)

式中 ：

（3-1）

Qt——单位时间内热流体放出的热量， kW； mt——热流体的质量流率，kg/s；

K，在实验温度范围内可视为常数； cpt——热流体的定压比热，kJ/kg·

T1、T2——热流体的进出口温度，K或oC。

冷流体获得的热量为：

Qs?mscps(t2?t1)

（3-2）

式中 ：Qs——单位时间内冷流体获得的热量，kJ/s=kW；

ms——冷流体的质量流率，kg/s；

K，在实验温度范围内可视为常数； cps——冷流体的定压比热，kJ/kg·

t1、t2——冷流体的进出口温度，K或oC。

损失的热量为：

?Q?Qt?Qs

(3-3)

1

冷热流体间的温差是传热的驱动力，对于逆流传热，平均温差为

?tm??t1??t2

ln?(t1/?t2) （3-4）

式中： ?t1?T1?t2、?t2?T2?t1。

本实验着重考察传热速率Q和传热驱动力?tm之间的关系。 四、实验要求

本实验由学生自己设计实验步骤，实验中的要求如下：

1．学生根据装置自己设定冷、热流体的流程，然后打开相应阀门； 2．离心泵使用前必须先灌泵，保证放净泵内空气；

3．实验中建议热流体流量保持0.3L/s不变，冷流体流量保持1.0L/s不变； 4．开始测试前必须先清空数据库；

5．热水加热到设定温度值后，打开循环泵，使炉内水温均匀后，再使用； 6．待冷流体的进出口温度t1、t2及热流体的出口温度T2稳定后记录数据； 7．改变炉内的设定温度，重复操作。 8．写出实验报告。

9．以平均温差?tm为横坐标，热流体放出的热量Qt和热损失?Q分别为纵坐标

作图，对所得曲线进行分析。 10．回答思考题。

五、数据记录和整理

保持热流体流量Vt及冷流体流量Vs不变，改变热流体的进口温度T1，测量冷流体的进出口温度t1、t2及热流体的出口温度T2，根据公式（3-1）和（3-2）分别计算热流体放出的热量Qt和冷流体获得的热量Qs，并由式（3-3）计算损失的热量，根据公式（3-4）计算平均温差?tm，将测量和计算出的结果填入数据表3-1中。

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表3-1 实验测量和计算结果

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 思考题

1．热量是如何损失的？怎样才能减少热量损失？ 2．在工程上，很多换热器都采用逆流工艺流程，为什么？ 3．通过本实验，说明提高换热器中流体平均温差的优、缺点。

T1 （oC） T2 （oC） t1 （oC） t2 （oC） Qt （kW） ?Q ?tm （oC） （kW）

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实验三 流体传热系数测定实验

一、实验目的

1．测定换热器的总传热系数； 2．了解影响换热器换热性能的参数。 二、实验装置

过程设备与控制多功能实验台 三、基本原理

换热器的传热速率Q可以表示为：

Q?KA?tm

式中 ：Q——单位时间传热量， W； K——总传热系数，W/m2·K；

A——传热面积，A??donl，m2；

（4-1）

?tm——平均温差，K或oC。

在本实验以及以后的实验中：d0=10mm、n=139、l=1092mm分别为换热管的外径、根数和换热长度。

对于逆流传热，平均温差为：

?tm??t1??t2

ln(?t1/?t2) （4-2）

式中： ?t1?T1?t2、?t2?T2?t1

T1、T2——热流体的进出口温度，K或oC； t1、t2——冷流体的进出口温度，K或oC。 由式4-1可得：

K?Q （4-3） A?tmQ可由热流体放出的热量或冷流体获得的热量进行计算，即：

Qt?mtcpt(T1?T2)

（4-4）

4

或 Qs?mscps(t2?t1) 式（4-4）和式（4-5）中有关符号说明见实验六。

（4-5）

根据式（4-3）和式（4-4）或（4-5）就可以测定在实验条件下的总传热系数K。K的理论计算参考本实验附录。

由于温度传感器测得的数据可能并不是换热器流体入口和出口的温度，因此，要进行管路热量损失计算，求出换热器流体入口和出口的温度，计算过程见实验四，这里不再重复。 四、实验要求

本实验由学生自己设计实验步骤，实验中的要求如下：

1．学生根据装置自己设定冷、热流体的流程，然后打开相应阀门； 2．离心泵使用前必须先灌泵，保证放净泵内空气；

3．实验中建议热流体流量保持0.3L/s不变，冷流体流量0.4L/s到1.3L/s； 4．开始测试前必须先清空数据库；

5．热水加热到设定温度值后，打开循环泵，使炉内水温均匀后，再使用； 6．改变热流体的进口温度T1，待冷流体的进出口温度t1、t2及热流体的出口温度T2稳定后记录数据； 7．写出实验报告。

8．根据所测参数，参照附录计算总传热系数K并与实验结果进行比较。以流量

为横坐标，总传热系数K为纵坐标，作Vs?K的理论与实验曲线，对所得曲线进行分析。 9．回答思考题。 五、数据记录和整理

保持热流体流量Vt不变，改变冷流体流量Vs，测量冷、热流体的进出口温度t1、t2、T1、T2，根据式（4-2）计算平均温差?tm，根据式（4-4）计算热流体放出的热量Qt，根据式（4-5）计算冷流体获得的热量Qs，根据式（4-3）计算总传热系数K。将测量和计算出的结果填入数据表4-1中。

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表4-1 实验测量和计算结果

序Vs T1 T2 t1 t2 Vt (L/s) ?tm （oC） K 号 （L/s） （oC） （oC） （oC） （oC） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 思考题

(W/m2·K) 1．总传热系数K和流体对流传热系数?及污垢热阻R有怎样的关系，为什么流体流量大小会影响总传热系数K？

2．有些换热器被设计成多管程或多壳程，试根据本实验结果说出其中的道理？

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实验四 换热器管程和壳程压力降测定实验

一、实验目的

1. 测量换热器管程和壳程的流体压力损失； 2．分析压力损失和流速之间的关系。 二、实验装置

过程设备与控制多功能实验台 三、实验原理

流体流经换热器时会出现压力损失，它包括流体在流道中的损失和流体进出口处的局部损失。通过测量管程流体的进口压力pt1、出口压力pt2，便可以得到管程流体流经换热器的总压力损失?pt?pt1?pt2；通过测量壳程流体的进口力

ps1、出口压力ps2，便可以得到壳程流体流经换热器的总压力损失?ps?ps2?ps1。

换热器管程和壳程压力降的理论计算见实验附录。 四、实验步骤

1．打开冷流体管程入口阀、冷流体管程出口阀，其他阀门关闭，使冷流体走管程；

2．打开自来水阀门灌泵，保证离心泵中充满水，开排气阀放净空气； 3．关水，启动泵；

4．调节出口流量调节阀，依次改变冷流体流量从1.3L/s到2.2L/s； 5．清空数据库，记录数据；

6．关泵，切换管路，打开冷流体壳程入口阀、冷流体壳程出口阀，其他阀门关闭，使冷流体走壳程；

7．调节出口流量调节阀，改变冷流体流量从0.4 L/s到2.2L/s； 8．清空数据库，记录数据。 五、数据记录和整理

让冷水走管程，并改变流量Vt，测量管程流体的进出口压力pt1、pt2，计算压力损失?pt?pt1?pt2；切换管路，让冷水改走壳程，并改变流量Vs，测量壳

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程流体的进出口压力ps1、ps2，计算压力损失?ps?ps1?ps2。将测量和计算出的结果填入数据表8-1中。

表8-1 实验测量和计算结果

管 程 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 壳 程 Vt （L/s） pt1 （MPa） pt2 （MPa） ?pt （MPa） Vs ps1 ps2 ?ps （L/s） （Mpa） （Mpa） （MPa） 10 六、要求

1．写出实验报告。

2．根据所测流量Vt和Vs，参照实验五附录计算管程流体流经换热器的压力损失并与实验结果进行比较。以流量为横坐标，压力损失为纵坐标，作?Pt?Vt的理论与实验曲线及?Ps?Vs实验曲线，对所得曲线进行分析。 3．回答思考题。 思考题

1．如何降低换热器中的阻力损失？

2．管程压力损失有多项组成，分析比较它们的相对大小。

3．通过实验五和实验六，说明提高换热器中流体流速的优、缺点。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/s7dt.html